УСТРОЙСТВО ОСЦИЛЛОГРАФА И РАБОТА ЕГО ОСНОВНЫХ ЧАСТЕЙ

Учебный осциллограф, структурная схема которого изображена на рис.1, содержит следующие функциональные узлы:

электронно-лучевую трубку (ЭЛТ);

входной делитель канала «Y»;

усилитель канала «Y»;

формирователь синхронизирующего сигнала;

генератор развертки;

усилитель канала «Х»;

схема подсвета;

калибратор;

источник питания (на рис.1 не показан).

Исследуемые электрические сигналы подаются на вход канала вертикального отклонения (КВО, канал «Y») гнездо «®ÉY» и далее на «ВХОДНОЙ ДЕЛИТЕЛЬ», «УСИЛИТЕЛЬ Y» и вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Чувствительность ЭЛТ к напряжению составляет около 0,5 мм/В, поэтому для наблюдения как слабых (»10^–3 В), так и сильных (»10 ² В) электрических сигналов в КВО используется последовательное соединение входного делителя и усилителя. Удобный для наблюдения и измерения на экране размер изображения по вертикали устанавливается переключателем «V/ДЕЛ» входного делителя проградуированным в величине напряжения, приводящего к перемещению луча по вертикали на 1 большое деление в 1 см (эта величина называется коэффициентом отклонения). «УСИЛИТЕЛЬ Y» имеет два выхода «1» и «2»: для верхней и нижней отклоняющих пластин (см. рис.1). Сигналы «пилы» U₁ и U₂ на этих выходах равны по абсолютной величине и противофазны: U₁ = – U₂ . Для смещения изображения по вертикали, чтобы установить интересующий участок в центр экрана, предусмотрен потенциометр « ↕ », который изменяет постоянную составляющую U_0Y на выходах усилителя «Y» (см. формулу (3)).

В процессе работы с осциллографом всегда следует учитывать частотные характеристики каналов вертикального и горизонтального отклонения: амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и фазо-частотную характеристику (ФЧХ).

Эти характеристики определяются следующим образом. Если на вход «Y» осциллографа подается синусоидальное напряжение U_Y = U₀ sin(2 π f t) амплитудой U₀ и частотой f, то для перемещения луча на экране ЭЛТ можно записать: Y = Y₀ (f) sin(2 π f t + ΔФ_Y (f)). Здесь Y₀ (f) – амплитуда перемещения луча на частоте f, ΔФ_Y(f) – разность между фазой колебаний входного сигнала U_Y и фазой колебаний перемещения луча Y на частоте f (сдвиг фаз).

Тогда АЧХ канала вертикального отклонения есть зависимость:

,

а ФХЧ есть зависимость ΔФ_Y(f). АЧХ и ФЧХ канала горизонтального отклонения определяются аналогично.

Как правило, АЧХ K_Y(f) остается практически постоянной K_Y = K_Y,max в диапазоне частот от f_min до f_max, и уменьшается на частотах f < f_min и f > f_max. Диапазон частот от f_min до f_max называется полосой пропускания.

Значение частот f_min и f_max принято определять из условий:

.

Непостоянство характеристик K_Y и ΔФ_Y(f) во всем диапазоне частот приводит, например, к искажению формы импульсного сигнала высокой частоты при его преобразовании в канале вертикального отклонения осциллографа.

Канал «Y» может быть использован с открытым или закрытым входом. В первом случае передается как переменная постоянная U_~ , так и постоянная U₌ составляющие исследуемого сигнала, во втором – только переменная. При работе в режиме с закрытым входом постоянная составляющая сигнала задерживается включенным на входе разделительным конденсатором С_Р (см. рис.1). Путем переключения тумблера «~/ » на передней панели осциллографа можно выбрать необходимый вид входа усилителя «Y» (режим работы).

Канал горизонтального отклонения имеет усилитель «УСИЛИТЕЛЬ Х» с противофазными входами для левой и правой пластин отклонения луча – аналогично усилителю «Y» (см. рис.1).

При наблюдении зависимости U_Y = F(U_Х) сигнал U_Х подается на закрытый вход «®ÉХ» (см. рис.1). Размер изображения по горизонтали не регулируется. Для смещения изображения по горизонтали предусмотрен потенциометр « ↔ », изменяющий постоянную составляющую U_0Х на выходах усилителя «Х» (см. формулу (4)).

При наблюдении периодического сигнала U_С (t) на вход усилителя «Х» подается напряжение генератора развертки, который обеспечивает автоколебательный или ждущий режим развертки, выбираемый тумблером «АВТ / ЖДУЩ». Выбор диапазона (масштаба) развертки осуществляется переключателем «ВРЕМЯ / ДЕЛ».

Прямой ход «пилы» запускается на интервале ожидания положительным перепадом сигнала на входе генератора развертки (на рис.4.2, 4.3 он обозначен « »). Вход генератора развертки с помощью переключателя «ЗАПУСК» подключается к выходу формирователя (см. рис.1).

Блок «ФОРМИРОВАТЕЛЬ» представляет собой схему сравнения сигналов на его двух входах. На один из входов (Вход 1) подается опорное напряжение источника постоянного тока U_YР, величина которого устанавливается потенциометром «УРОВЕНЬ», а на второй (Вход 2) – или исследуемый сигнал U_Y , усиленный в канале «Y», или внешний сигнал с гнезда «ВНЕШ.ЗАП» в зависимости от положения переключателя «ЗАПУСК»: «ВНУТР» или «ВНЕШ». В первом случае осуществляется режим запуска развертки самим исследуемым сигналом (внутренний запуск развертки), во втором – сигналом извне (внешний запуск).

Напряжение на выходе формирователя устанавливается на одном из двух фиксированных уровнях: на высоком U₁ или низком U₀ в зависимости от того превышает или нет входное синхронизирующее напряжение величину опорного (см. рис.4.2).

Блок «ФОРМИРОВАТЕЛЬ» имеет два выхода. Напряжение на выходе « + » находится в фазе с напряжением на Входе 2 (синфазный выход), а напряжение на выходе « – » – в противофазе с напряжением на Входе 2 (противофазный выход). Подключение генератора развертки к одному из выходов формирователя переключателем «ЗАПУСК» позволяет выбрать фазу запуска развертки при пересечении входным синхронизирующим сигналом опорного напряжения снизу вверх (« + ») или сверху вниз (« – »).

Во время рабочего (прямого) хода «пилы» «СХЕМА ПОДСВЕТА» (см. рис.1) формирует и подает на модулятор «электронной пушки» положительный относительно катода ЭЛТ импульс напряжения. При отсутствии такого импульса, т.е. на интервале блокировки, напряжение на модуляторе «запирает» трубку, в результате чего электронный луч не вызывает свечения экрана. Схема подсвета управляет запускающими импульсами с генератора развертки.

Сигналы с выходов формирователя, «пила» развертки и импульсы запуска выведены на гнезда передней панели осциллографа для изучения процессов в канале развертки. Осциллограммы указанных сигналов (положение переключателя «ЗАПУСК» показано на рис.1), а также входов формирователя U_Y и U_YР в едином времени представлены на рисунках 4.1-4.5.

Осциллограф для контроля его работоспособности имеет схему калибратора амплитуды и времени (блок «КАЛИБРАТОР» на рис.1). Калибровочный сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов виден на экране ЭЛТ при установке переключателя «V / ДЕЛ» в положении «К».